工程材料學(xué)第6章 鑄鐵.ppt

第六章鑄鐵 一鑄鐵及其分類概念 鑄鐵是碳含量大于2 11 的鐵碳合金 并且還含有較多量的硅 錳 硫磷元素鑄鐵的生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單 價(jià)格便宜 并具有許多優(yōu)良的使用性能和工藝性能 所以應(yīng)用非常廣泛 是工程上最常用的金屬材料之一 用于制造各種機(jī)器零件 如機(jī)床的床身 床頭箱 發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸體 缸套 活塞環(huán) 曲軸 凸輪軸 軋機(jī)的軋輥及機(jī)器的底座等 箱體 啟動(dòng)閥 在鐵碳合金中 碳可以以三種形式存在 固溶在F A中 化合物態(tài)的滲碳體 Fe3C 游離態(tài)石墨 G 分類 根據(jù)碳在鑄鐵中的存在形式 GorCem 分為白口鑄鐵 碳主要以游離碳化物的形式析出 斷口呈銀白色灰口鑄鐵 碳大部分或全部以石墨的形式析出 斷口呈暗灰色麻口鑄鐵 碳部分以游離碳化物形式析出 部分以石墨形式析出 斷口灰 白色相間 二復(fù)線鐵碳相圖在鐵碳相圖中 碳可以化合態(tài)的滲碳體的形式和游離態(tài)的石墨 G 的形式存在 滲碳體具有復(fù)雜的斜方結(jié)構(gòu) 石墨具有特殊的簡(jiǎn)單六方晶格 其底面碳原子呈六方網(wǎng)絡(luò)排列 原子間為共價(jià)鍵結(jié)合 間距小 1 42 結(jié)合力很強(qiáng) 底面層之間為分子鍵 面間距離大 3 04 結(jié)合力弱 所以石墨的強(qiáng)度和硬度不高 韌性很低 石墨的晶體結(jié)構(gòu)如圖 滲碳體為亞穩(wěn)定相 在一定條件下能分解為鐵和石墨 Fe3C 3Fe G 石墨為穩(wěn)定相 所以在不同情況下 鐵碳合金可以有亞穩(wěn)定平衡的Fe Fe3C相圖 以及穩(wěn)定平衡的鐵 石墨相圖 即鐵碳合金相圖應(yīng)該是復(fù)合相圖 見圖 其中 實(shí)線表示Fe Fe3C相圖 虛線表示鐵碳合金 究竟按哪種相圖變化 決定于其加熱或冷卻條件或獲得的平衡的性質(zhì) 亞穩(wěn)定平衡還是穩(wěn)定平衡 虛線相圖的分析方法 與前面討論過(guò)的實(shí)線相圖完全相同 三 鑄鐵的石墨化過(guò)程石墨化 鑄鐵中碳原子析出并形成石墨的過(guò)程 石墨既可以直接從液體和奧氏體中析出 也可以通過(guò)滲碳體分解來(lái)獲得 灰口鑄鐵和球墨鑄鐵中的石墨主要從液體中析出 可鍛鑄鐵中的石墨則完全由白口鑄鐵經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間高溫退火 由滲碳體的高溫分解來(lái)獲得 按照鐵 石墨相圖 可將鑄鐵的石墨形成過(guò)程 石墨化 分為三個(gè)階段 第一階段石墨化鑄鐵液體結(jié)晶出一次石墨 過(guò)共晶鑄鐵 和在1154 E C F 線 通過(guò)共晶反應(yīng)形成共晶石墨 其反應(yīng)式為 Lc AE G 共晶 第二階段石墨化在1154 738 溫度范圍內(nèi)奧氏體沿E S 線析出二次石墨 第三階段石墨化在738 P S K 通過(guò)共析反應(yīng)析出石墨 其反應(yīng)方程式為 As Fp G 共析 含3 的亞共晶鑄鐵 石墨相圖進(jìn)行轉(zhuǎn)變的過(guò)程如圖所示 四 影響石墨化的主要因素 一 溫度及冷卻速度鑄鐵的結(jié)晶 在高溫慢冷的條件下 由于碳原子能充分?jǐn)U散 通常按鐵 石墨相圖進(jìn)行 碳以石墨的形式析出 當(dāng)冷速較快時(shí) 由液體析出的是滲碳體而不是石墨 因?yàn)闈B碳體的含碳量 6 69 比石墨 100 更接近于合金的含碳量 2 5 4 0 析出滲碳體所需的碳原子擴(kuò)散量較少 在低溫 共晶反應(yīng)溫度 條件下 碳原子擴(kuò)散能力較差 鑄鐵的石墨化過(guò)程往往難以進(jìn)行 鑄鐵加熱時(shí) 到550 以上 共析滲碳體開始分解為石墨和鐵素體 加熱溫度越高 保溫時(shí)間越長(zhǎng) 分解越強(qiáng)烈 在共析溫度以下 二次滲碳體 共晶滲碳體和一次滲碳體先后分解成奧氏體和石墨 因此 在實(shí)際生產(chǎn)中 鑄鐵的緩慢冷卻 或在高溫下長(zhǎng)時(shí)間保溫 都有利于石墨化進(jìn)程 二 合金元素按對(duì)石墨化的作用 合金元素可分為兩大類 促進(jìn)石墨化的元素 C Si Al Cu Ni Co等 阻礙石墨化的元素 Cr W Mo V Mn等 以及雜質(zhì)元素S 一般來(lái)說(shuō) 非碳化物形成元素阻礙石墨化 在促進(jìn)石墨化的元素中 C和Si最強(qiáng)烈 生產(chǎn)中 調(diào)整碳 硅含量 是控制鑄鐵組織與性能的基本措施 碳不僅促進(jìn)石墨化 而且還影響石墨的數(shù)量 大小和分布 S強(qiáng)烈促進(jìn)石墨的白口化 并使機(jī)械性能和鑄造性能惡化 因此一般控制在0 15 以下 生產(chǎn)中 調(diào)整碳 硅含量 是控制鑄鐵組織和性能的基本措施 CE來(lái)評(píng)價(jià)鑄鐵成份的石墨化能力 CE Wc 1 2W Si P 同時(shí)用共晶度 表示鑄鐵的碳含量接近共晶點(diǎn)濃度的程度 Sc 1共晶鑄鐵 Sc1過(guò)共晶鑄鐵 Sc CE 石墨化能力 五 鑄鐵的組織特征和分類石墨化程度不同 所得到的鑄鐵類型和組織也不同 鑄鐵經(jīng)不同程度石墨化后所得的組織 組織構(gòu)成 常用各類鑄鐵的組織是兩部分組成的 一部分是石墨 另一部分是基體 基體可以是鐵素體 珠光體或鐵素體加珠光體 相當(dāng)于鐵或鋼的組織 所以 鑄鐵的組織可以看成是鐵或鋼的基體上分布著石墨夾雜 石墨形態(tài) 不同類型鑄鐵組織中的石墨形態(tài)是不同的 灰鑄鐵和變質(zhì)鑄鐵中的石墨呈片狀 可鍛鑄鐵中石墨呈團(tuán)絮狀 球墨鑄鐵中的石墨呈球狀 蠕墨鑄鐵中的石墨呈蠕蟲狀 六 鑄鐵的性能特點(diǎn)灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度和塑性都很低 石墨對(duì)基體嚴(yán)重割裂 石墨強(qiáng)度 韌性極低 相當(dāng)于裂紋或空洞 它減小基體的有效截面 并引起應(yīng)力集中 石墨越多 越大 對(duì)基體的割裂作用越嚴(yán)重 鑄鐵抗拉強(qiáng)度越低 變質(zhì)處理可細(xì)化石墨片 提高鑄鐵的強(qiáng)度 但塑性無(wú)明顯改善 石墨的存在使鑄鐵具備下列特殊性能 1 石墨造成脆性切削 鑄鐵的切削加工性能優(yōu)異 2 鑄鐵的鑄造性能良好 鑄件凝固時(shí)形成石墨產(chǎn)生的膨脹 減少鑄件體積的收縮 降低鑄件中的內(nèi)應(yīng)力 3 石墨有良好的潤(rùn)滑作用 并能儲(chǔ)存潤(rùn)滑油 使鑄件有很好的耐磨性能 4 石墨對(duì)振動(dòng)的傳遞起削弱作用 使鑄鐵有很好的抗振性能 5 大量石墨的割裂作用 使鑄鐵對(duì)缺口不敏感 各種鑄鐵的機(jī)械性能 第二節(jié)灰口鑄鐵 灰口鑄鐵是價(jià)格便宜 應(yīng)用最廣泛的鑄鐵材料 在各類鑄鐵的總產(chǎn)量中 灰口鑄鐵占80 以上 一 鑄鐵的牌號(hào)我國(guó)灰口鑄鐵的牌號(hào)見表 HT 表示 灰鐵 后面的數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度 灰鑄鐵中的碳 硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般控制在以下范圍 2 5 4 0 C 1 0 2 0 Si 二 灰鑄鐵的組織灰口鑄鐵有鐵素體基體 珠光體基體和鐵素體加珠光體基體三種鑄鐵 其組織見圖 三灰口鑄鐵的性能1 優(yōu)良的鑄造性能由于灰鑄鐵的化學(xué)成分接近共晶點(diǎn) 所以鐵水流動(dòng)性好 可以鑄造非常復(fù)雜的零件 另外 由于石墨比容較大 使鑄件凝固時(shí)的收縮量減少 可簡(jiǎn)化工藝 減輕鑄件的應(yīng)力 并可得到致密的組織 2 優(yōu)良的耐磨性石墨本身具有潤(rùn)滑作用 石墨掉落后的空洞能吸附和儲(chǔ)存潤(rùn)滑油 使鑄件有良好的耐磨性 此外 由于鑄件中帶有硬度很高的磷共晶 又能使抗磨能力進(jìn)一步提高 這對(duì)于制備活塞環(huán) 氣缸套等受摩擦零件具有重要意義 3 消震性好石墨可以阻止震動(dòng)的傳播 灰鑄鐵的消震能力是鋼的10倍 常用來(lái)制作承受振動(dòng)的機(jī)床底座 4 較低的缺口敏感姓和良好的切削加工性能灰鑄鐵中由于石墨的存在 相當(dāng)于存在很多小的缺口 對(duì)表面的缺陷 缺口等幾乎沒(méi)有敏感性 因此 表面的缺陷對(duì)鑄鐵的疲勞強(qiáng)度影響較小 但其疲勞強(qiáng)度比鋼要低 由于灰鑄鐵中的石墨可以起斷屑作用相對(duì)刀具的潤(rùn)滑起減摩作用 所以其切削加工性是良好的5 灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度 塑性 韌性及彈性模量都低于碳素鑄鋼灰鑄鐵的抗壓強(qiáng)度和硬度主要取決于基體組織 灰鑄鐵的抗壓強(qiáng)度一般比抗拉強(qiáng)度高出3 4倍 這是灰鑄鐵的一種特性 因此 與其把灰鑄鐵用作抗拉零件還不如做耐壓零件更適合 這就是廣泛用作機(jī)床床身和支柱受耐壓零件的原因 灰鑄鐵的硬度與同樣基體的正火鋼相近 四 影響灰鑄鐵組織和性能的因素1 成分對(duì)鑄鐵的影響 錳是阻礙石墨化的元素 能溶于鐵素體和滲碳體中 增強(qiáng)鐵 碳原子間的結(jié)合力 擴(kuò)大奧氏體區(qū) 阻止共析轉(zhuǎn)變時(shí)的石墨化 促進(jìn)珠光體基體的形成 錳還能與硫生成MnS 減少硫的有害作用 錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0 5 1 4 磷是促進(jìn)石墨化的元素 鑄鐵中磷含量增加時(shí) 液相線降低 從而提高了鐵水的流動(dòng)性 在鑄鐵中 磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0 3 時(shí) 常常形成二元或三元磷共晶體 其性能硬而脆 降低鑄鐵的強(qiáng)度 但提高其耐磨性 所以 要求鑄鐵有較高強(qiáng)度時(shí) 要限制磷含量 一般在0 12 以下 而耐磨鑄鐵則要求有一定的磷含量 可達(dá)0 3 以上 硫是有害元素 它強(qiáng)烈促進(jìn)白口化 并使鑄鐵的鑄造性能和機(jī)械性能惡化 少量硫即可生成FeS 或MnS FeS與鐵形成低熔點(diǎn) 約980 共晶體 沿晶界分布 因此限定硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0 15 以下 2 冷卻速度的影響在一定的鑄造工藝 如澆注溫度 鑄型溫度 造型材料種類等 條件下 鑄件的冷卻速度對(duì)石墨化程度影響很大 隨著鑄件壁厚增加 冷卻速度減慢 依次出現(xiàn)珠光體 珠光體加鐵素體和鐵素體灰口鑄鐵組織 不同C Si含量 不同壁厚 冷卻速度 鑄件的組織 五 孕育處理孕育處理 就是變質(zhì)處理 孕育處理后的灰口鑄鐵叫做孕育鑄鐵 常用的孕育劑有兩種 一種為硅類合金 例如最常用的含75 硅的硅鐵合金 含60 65 硅和25 35 鈣的硅鈣合金等 后者石墨化能力比前者高1 5 3倍 但價(jià)格較貴 另一類是碳類 例如石墨粉 電極粒等 孕育處理的目的是 1使鐵水內(nèi)同時(shí)生成大量均勻的非自發(fā)形核 以獲得細(xì)小均勻的石墨片 并細(xì)化基體組織 提高鑄鐵的強(qiáng)度 2避免鑄件邊緣及薄斷面處出現(xiàn)白口組織 提高斷面組織的均勻性 應(yīng)用 孕育鑄鐵具有較高的強(qiáng)度和硬度 可用來(lái)制造機(jī)械性能要求較高的鑄件 如氣缸 曲軸 凸輪 機(jī)床床身等 尤其是截面尺寸變化較大的鑄件 六 灰口鑄鐵的熱處理熱處理不能改變石墨的形狀和分布 對(duì)提高灰口鑄鐵機(jī)械性能作用不大 因此生產(chǎn)中主要用來(lái)消除內(nèi)應(yīng)力 改善切削加工性能和提高表面耐磨性等 1 消除內(nèi)應(yīng)力退火 又稱人工時(shí)效 一些形狀復(fù)雜和尺寸穩(wěn)定性要求較高的重要鑄件 如機(jī)床床身 柴油機(jī)氣缸等 為了防變形和開裂 需進(jìn)行消除內(nèi)應(yīng)力退火 工藝規(guī)定是 加熱溫度500 550 加熱速度為60 120 h 溫度不宜過(guò)高 以免發(fā)生共析滲碳體的球化和石墨化 保溫時(shí)間則取決于加熱溫度和鑄件壁厚 一般是 壁厚 20mm時(shí) 保溫時(shí)間為2h 壁厚每增加25mm 保溫時(shí)間增長(zhǎng)1h 冷卻速度為20 50 h 到150 220 后出爐空冷 2 消除鑄件白口 降低硬度的退火灰口鑄鐵件表面和薄壁處產(chǎn)生的白口組織難以切削加工 需要退火降低硬度 退火在共析溫度以上進(jìn)行 使?jié)B碳體分解成石墨 所以又稱高溫退火 工藝是 加熱到850 900 保溫2 5h 然后隨爐冷卻 至250 400 后出爐空冷 退火鑄件的硬度可下降HB20 40 3 表面淬火有些鑄件如機(jī)床導(dǎo)軌 缸體內(nèi)壁等 因需要提高硬度和耐磨性 可進(jìn)行表面淬火處理 如高頻表面淬火 火焰表面淬火等 淬火后表面硬度可達(dá)HRC50 第三節(jié)球墨鑄鐵 球墨鑄鐵是本世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的一種高強(qiáng)度材料 其綜合機(jī)械性能接近于鋼 因鑄造性能很好 成本很低 生產(chǎn)方便 在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用 一 球墨鑄鐵的成分和球化處理球墨鑄鐵的成分 要求比較嚴(yán)格 一般范圍是 3 6 3 9 C 2 0 2 8 Si 0 6 0 8 Mn 0 07 S 0 1 P 與灰口鑄鐵相比 它的碳當(dāng)量較高 一般為過(guò)共晶成分 通常在4 5 4 7 范圍內(nèi)變動(dòng) 以利于石墨球化 球墨鑄鐵的球化處理 必須伴隨以孕育處理 通常是在鐵水中加入一定量的球化劑和孕育劑 國(guó)外使用球化劑主要是金屬鎂 實(shí)踐證明 鐵水中含0 04 0 08鎂時(shí) 石墨就能完全球化 我國(guó)普遍使用稀土鎂球化劑 鎂是強(qiáng)烈的反石墨化元素 為了避免白口 并使石墨球細(xì)小 均勻分布 光園 一定要加入孕育劑 常用的孕育劑為75 硅鐵和硅鈣合金等 二 球墨鑄鐵的牌號(hào) 組織和性能1 牌號(hào)我國(guó)球墨鑄鐵牌號(hào)用 QT 標(biāo)明 其后兩組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度極限和延伸率 見表由表中數(shù)據(jù)可知 球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)灰口鑄鐵 而與鋼相當(dāng) 其突出特點(diǎn)是屈強(qiáng)比 0 2 b 高 約為0 7 0 8 而鋼一般只有0 3 0 5 在一般的機(jī)械設(shè)計(jì)中 材料的許用應(yīng)力根據(jù) 0 2確定 因此對(duì)于承受靜載的零件 使用球墨鑄鐵比鑄鋼還節(jié)省材料 重量更輕 2 組織不同的基體的球墨鑄鐵見圖 性能差別很大 珠光體球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度比鐵素體基體的高50 以上 而鐵素體基的球墨鑄鐵的延伸率為珠光體基的3 5倍 3 性能球墨鑄鐵具有較好的疲勞強(qiáng)度 表中給出了球墨鑄鐵和45鋼試驗(yàn)的對(duì)稱彎曲疲勞強(qiáng)度 可見帶孔和帶臺(tái)肩的試樣疲勞強(qiáng)度大致相同 試驗(yàn)還表明 球墨鑄鐵的扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度甚至超過(guò)45鋼 在實(shí)際應(yīng)用中 大多數(shù)承受動(dòng)載的零件是帶孔或是帶臺(tái)肩的 因此完全可以用球墨鑄鐵來(lái)代替鋼制造某些重要零件 如曲軸 連桿 凸輪軸等 三 球墨鑄鐵的熱處理熱處理特點(diǎn) 球墨鑄鐵的熱處理原理與鋼大致相同 但由于它含有較高的硅 碳 錳等 具有一些特點(diǎn)1 共析轉(zhuǎn)變溫度較高其奧氏體的加熱溫國(guó)度高于碳鋼2 C曲線右移 并形成兩個(gè) 鼻尖 淬透性比碳鋼好 因此中 小鑄件可采用油淬 并較容易實(shí)現(xiàn)等溫淬火工藝 獲得下貝氏體基體 3 可利用淬火加熱溫度和保溫時(shí)間的控制來(lái)調(diào)整奧氏體中的碳含量 高的加熱溫度和長(zhǎng)的保溫時(shí)間 使以石墨形式保存在的碳較多地溶入奧氏體中 因而淬火后得到較粗大的馬氏體和數(shù)量較多的殘余奧氏體 對(duì)鑄件綜合性能要球較高時(shí) 應(yīng)在保證完全奧氏體化的條件下 盡量采用較低的加熱溫度 以獲得碳含量較低的馬氏體基體組織 熱處理工藝 主要有退火 正火 調(diào)質(zhì) 等溫淬火等 1 退火退火目的 在于獲得鐵素體基體 球化劑增大鑄件的白口化傾向 當(dāng)鑄件薄壁處現(xiàn)自由滲碳體和珠光體時(shí) 為了獲得塑性好的鐵素體基體 并改善切削性能 消除鑄造應(yīng)力 根據(jù)鑄鐵的鑄造組織 可采用兩種退火工藝 a高溫退火 存在自由滲碳體時(shí) 進(jìn)行高溫退火 加熱到990 950 保溫2 5h 隨爐冷卻 至600 左右出爐空冷 b低溫退火 鑄態(tài)組織為鐵素體加珠光體加石墨而沒(méi)有自由滲碳體時(shí) 采用低溫退火 加熱720 760 保溫3 6h 隨爐冷卻至600 后出爐空冷 2 正火正火的目的 在于得到珠光體基體 占基體75 以上 并細(xì)化組織 提高強(qiáng)度和耐磨性 根據(jù)加熱溫度 分高溫正火 完全奧氏體化正火 和低溫正火 不完全奧氏體化正火 兩種 a高溫正火 加熱到880 920 保溫3h 然后空冷 為了提高基體中珠光體的含量 還常采用風(fēng)冷 噴霧冷等加快冷卻速度的方法 保證鑄鐵的強(qiáng)度 b低溫正火 加熱到820 860 保溫一定時(shí)間 使基體部分轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體 部分保留為鐵素體 空冷后得到珠光體和少量破碎鐵素體的基體 提高鑄鐵的強(qiáng)度 保證其較好的塑性 3 調(diào)質(zhì)要求綜合機(jī)械性能較高的球墨鑄鐵零件 如連桿 曲軸等 可采用調(diào)質(zhì)處理 其工藝為 加熱到850 900 使基體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體 在油中淬火得到馬氏體 然后經(jīng)550 600 回火 空冷 獲得回火索氏體 球狀石墨 回火索氏體基體不僅強(qiáng)度高 而且塑性 韌性比正火得到的珠光體基體好 表面要求耐磨的零件可以再進(jìn)行表面淬火及低溫回火 球墨鑄鐵調(diào)質(zhì)和正火后的組織性能 4 等溫淬火球墨鑄鐵經(jīng)等溫淬火后可獲得高的強(qiáng)度 同時(shí)具有良好的塑性和韌性 等溫淬火工藝為 加熱到奧氏體區(qū) 840 900 左右 保溫后在300 左右的等溫鹽溶中冷卻并保溫 使基體在此溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w 球狀石墨 等溫處理后 球墨鑄鐵的強(qiáng)度可達(dá)1200MPa 1450MPa 沖擊韌性為300kJ m2 360kJ m2 硬度為38HRC 51HRC 等溫鹽浴的冷卻能力有限 一般只能用于截面不大的零件 例如受力復(fù)雜的齒輪 曲軸 凸輪軸等 第四節(jié)蠕墨鑄鐵 蠕墨鑄鐵是近幾十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型高強(qiáng)鑄鐵材料 它的強(qiáng)度接近于球墨鑄鐵 并具有一定的韌性 較高的耐磨性 同時(shí)又有灰口鑄鐵良好的鑄造性能和導(dǎo)熱性 RuT300 RuT420 蠕墨鑄鐵以 RuT 表示 其后的數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度 蠕墨鑄鐵的牌號(hào)和機(jī)械性能見表蠕墨鑄鐵是一種新型高強(qiáng)鑄鐵材料 強(qiáng)度接近于球墨鑄鐵 有一定的韌性 較高的耐磨性 又有和灰鑄鐵一樣良好的鑄造性能和導(dǎo)熱性 蠕墨鑄鐵的石墨具有介于片狀和球狀之間的中間形態(tài) 在光學(xué)顯微鏡下為互不相連的短片 與灰口鑄鐵的片狀石墨類似 石墨片的長(zhǎng)厚比小 端部較鈍 蠕墨鑄鐵 蠕墨鑄鐵是在一定成分的鐵水中加入適量的蠕化劑而煉成的 其方法與球墨鑄鐵基本相同 蠕化劑目前主要采用鎂鈦合金 稀土鎂鈦合金或稀土鎂鈣合金等 蠕墨鑄鐵已成功地用于高層建筑中高壓熱交換器 內(nèi)燃機(jī)汽缸和缸蓋 汽缸套 鋼錠模 液壓閥等鑄件 第五節(jié)可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵通過(guò)退火處理得到的一種高強(qiáng)鑄鐵 它有較好的強(qiáng)度 塑性和沖擊韌性 可以部分取代碳鋼 按退火方法不同 這種鑄鐵有黑心和白心兩種類型 黑心可鍛鑄鐵依靠石黑化退火來(lái)獲得 白心可鍛鑄鐵利用氧化脫碳退火來(lái)獲得 后者已很少生產(chǎn) 我國(guó)主要生產(chǎn)黑心可鍛鑄鐵 一 可鍛鑄鐵的牌號(hào)和用途1 顯微組織 可鍛鑄鐵有鐵素體和珠光體兩種基體見圖 2牌號(hào) 可鍛鑄鐵的牌號(hào)和機(jī)械性能見表 可鍛鑄鐵的化學(xué)成分見表KT350 10 KTZ600 3鐵素體可鍛鑄鐵以 KT 表示 珠光體可鍛鑄鐵以 KTZ 表示 其后的兩組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度和延伸率 3應(yīng)用 可鍛鑄鐵常用來(lái)制造形狀復(fù)雜 承受沖擊和振動(dòng)載荷的零件 如汽車拖拉機(jī)的后橋外殼 管接頭 低壓閥門等 這些零件用鑄鋼生產(chǎn)時(shí) 因鑄造性能不好 工藝上困難較大 而用灰口鑄鐵時(shí) 又存在性能不能滿足要求的問(wèn)題 與球墨鑄鐵相比 可鍛鑄鐵具有成本低 質(zhì)量穩(wěn)定 鐵水處理簡(jiǎn)單 容易統(tǒng)一組織流水生產(chǎn)線等有點(diǎn) 尤其對(duì)于薄壁件 球墨鑄鐵還容易生成白口 需要進(jìn)行高溫退火 這時(shí)采用可鍛鑄鐵更為適宜 二 可鍛鑄鐵的生產(chǎn)和熱處理可鍛鑄鐵的生產(chǎn)分兩個(gè)步驟 第一步 現(xiàn)鑄造純白口鑄鐵 不允許有石墨出現(xiàn) 否則在隨后的退火中碳在已有的石墨上沉淀 得不到團(tuán)絮狀石墨 第二步 進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的石墨化退火處理 將白口鑄鐵加熱到900 960 長(zhǎng)時(shí)間保溫 使共晶滲碳體分解為團(tuán)絮狀石墨 完成第一階段的石墨化過(guò)程 隨后以較快的速度 100 h 冷卻通過(guò)共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū) 得到珠光體基體的可鍛鑄鐵 若第一階段石墨化保溫后慢冷 使奧氏體中的碳充分析出 完成第二階段石墨化 并在冷至720 760 后繼續(xù)保溫 使共析滲碳體充分分解 完成第三階段石墨化 在650 700 出爐冷卻至室溫 可以得到鐵素體基體的可鍛鑄鐵 可鍛化退火時(shí)間要幾十小時(shí) 為了縮短時(shí)間 并細(xì)化組織 提高機(jī)械性能 可在鑄造時(shí)采取孕育處理 孕育劑能強(qiáng)烈阻礙凝固時(shí)形成石墨和退火時(shí)促進(jìn)石墨化 采用0 001 硼 0 006 鉍和0 008 鋁的孕育劑 可將退火時(shí)間由70多小時(shí)縮短至30小時(shí) 第六節(jié)合金鑄鐵 在鑄鐵中加入某些合金元素 得到一些具有各種特殊性能的合金鑄鐵 1 耐磨鑄鐵在磨粒磨損條件下工作的鑄鐵應(yīng)具有高而均勻的硬度 白口鑄鐵就屬這類耐磨鑄鐵 但白口鑄鐵脆性較大 不能承受沖擊載荷 生產(chǎn)中采用激冷的辦法來(lái)獲得激冷鑄鐵 用金屬型鑄造鑄件的耐磨表面 其它部位采用砂型 調(diào)整鐵水化學(xué)成分 高碳低硅 保證白口層的深度 心部為灰口鑄鐵組織 有一定的強(qiáng)度 應(yīng)用于軋輥和車輪等的